美洲楤木(Aralia racemosa)离体培养体系的建立及其三萜皂苷与酚类化合物的高效生物合成研究

本研究针对药用植物美洲楤木(Aralia racemosa)生物活性成分开发受限的问题，通过建立植物体、愈伤组织和悬浮细胞培养体系，系统评估了三萜皂苷和酚类化合物的生物合成效率。研究发现2,4-D诱导的愈伤组织在35天内实现20倍生物量增长，UHPLC-DAD-ESI-MS3分析鉴定出195种次生代谢物，其中96种得到鉴定。创新性提出"接种量生物合成效率(BEI)"新指标，解决了传统生产力指标在固液培养系统比较中的局限性。该研究为工业化生产生物活性成分提供了可持续平台，相关成果发表于《Industrial Crops and Products》。

　　

在传统医学中，美洲楤木(Aralia racemosa)的根部被广泛用于治疗皮肤病、炎症和肺部疾病，其潜在的生物活性成分如三萜皂苷和酚类化合物备受关注。然而，这种具有重要药用价值的植物面临着自然繁殖率低、生长缓慢等瓶颈问题，传统采集方式更是需要破坏整株植物，严重制约了其可持续开发利用。面对这些挑战，华沙医科大学药学系的研究团队在《Industrial Crops and Products》上发表了一项突破性研究，通过建立高效的离体培养体系，为美洲楤木生物活性成分的可持续生产提供了创新解决方案。

研究人员采用了多种关键技术方法开展研究：首先建立了植物体、愈伤组织和悬浮细胞培养体系；利用UHPLC-DAD-ESI-MS3技术进行代谢物分析；开发了新型生物合成效率指标BEI；并通过MTT法评估提取物的细胞毒性。样本来源于波兰科学院植物园的种子库。

研究结果方面，在"美洲楤木离体培养体系的建立"部分，研究发现2,4-D(1.0 mg L^-1)诱导的愈伤组织在35天内实现了20倍的生物量增长，显著优于悬浮培养体系。"植物化学特征分析"显示，通过UHPLC-DAD-ESI-MS3技术共鉴定出195种次生代谢物，其中96种得到明确鉴定，包括三萜皂苷(如calendulosides、elatosides和aralosides)和酚类化合物。"生物合成效率评估"部分创新性提出了BEI指标，该指标有效解决了固液培养系统生产力比较的难题。"细胞毒性评估"结果表明，提取物对黑色素瘤细胞(HTB-140)具有选择性细胞毒性，而对正常人角质形成细胞(HaCaT)无不良影响。

在"离体培养体系的生长动力学"研究中，团队详细记录了愈伤组织和悬浮细胞在不同生长阶段的特征。愈伤组织表现出典型的S型生长曲线，经历延迟期、指数期、线性期、减速期、稳定期和衰退期六个阶段；而悬浮培养则缺少明显的减速期，表现出更平稳的生长模式。特别值得注意的是，在稳定期，愈伤组织的干重生物量增长达到20.06倍，悬浮培养为16.76倍。

讨论部分强调了几个关键发现：首先，建立的离体培养体系实现了美洲楤木生物活性成分的可持续生产；其次，提出的BEI指标为植物离体培养系统的生产力评估提供了新标准；再者，发现的硫酸化三萜皂苷是美洲楤木中的新成分；最后，提取物表现出的选择性细胞毒性为其在抗肿瘤应用方面提供了可能。这项研究不仅为美洲楤木资源的可持续利用提供了技术支撑，其建立的BEI评估体系更可推广应用于其他药用植物的离体培养研究，具有重要的理论和应用价值。